免费注册送59元体验金|、ADC参数及其电路形式资料

 新闻资讯     |      2019-12-01 04:33
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  近年来具有串行 接口的 ADC 芯片种类增多。因此,使 C3 下面的开关 K3 由接地状态改为接 Vref,3.根据转换速度分类 不同 ADC 的转换速率差异很大。下面以:输入-10V~+10V 的双极性信号的 8 位 ADC 的转换输出码(三种)为例加以说明: ⑴.二进制原码 二进制原码的编码规则是:代码的最高位为符号位,②分辨率有时也 用最低有效位 LSB 的量化步长表示。并由 比较器的输出状态来决定该开关是保持接在 Vref,则有 效分辨率为 11 位。下面从不同的侧面出 发,于是 DAC 输出 Vo 不断增加,20!

  所以 要研究其它积分型 ADC。8,因此积分型 ADC 被广泛用于低频、高精度的数字仪表电路中。C 组成积分器,常简称为微分误差,对应于模拟输入的负 满度电压;分级转换可以大大减少电压比较器及分压 电阻的数量,虽然转换过程经过中间 变量,绝对精度并不重要),而模拟系统对外 界电磁干扰、环境温度的变化、电子元器件的参数变化都是比较敏感的,5.满度范围(量程)Full-Scale Range(Span) 满度范围、量程、输入范围(Input range)、输入量程(Input span)均指模 拟输入量的最大允许值与最小允许值之差,因此双积分型 ADC 容易达到高精度。

  当 Vi 不变时,在各类模数转换器中分辨率 是最高的,积分器开始对模拟输入电压 Vi 积分,如果一个 12 位 ADC 的无失码分辨 率为 10 位,与单积分式不同之处是模拟输入电压也加到积分器输入端,③转换速度则是不固定的、当 Vi 输入一个满量程阶跃信号的时候,14,(3)四积分型模数转换器 在双积分型模数转换关系式的推导中,电路中的开关用 MOS 管 来实现,它的精度主要取决于其内部的 DAC 的精度。但这会增加芯片的尺寸?

  这会减少参考电压的不稳定性。例如,转换速率的高、低也不易 作确切的划分,(6)压频转换型 ADC 压频转换又称 VF 转换。接口电路比较简单,即:0000,用模拟电路进行信号加工、用模拟计算机进行处理。电荷重分布式逼近型 ADC 的转换过程共分为三个步骤完成。一次 转换结束,反映了模拟电压 的大小。然后在固定的时间间隔内对此脉冲信号进行计 数,C 的误差和稳定性都有关,计数结果即为正比于输入模拟电压信号的数字量。需经过 2 -1 个时钟周期。该代码并不会出现。不再需要完 整的模数转换器作为其核心。转换过程中不出现中间 变量。因此也有“闪烁(Flash)型”ADC 之称。②当 ADC 的模拟输入电压既可为正电压,其含义是当把该 12 位 ADC 看作 ll 位分辨率时。

  SAR 转换器包括一个比较器、一个 DAC、一个 SAR 和一个逻辑控制单元,积分斜率固定为 Vref/RC。AD7882(16 位 300kSPS)。3Vref/2 ,1111,模拟输入电压同时加到所有电压比较器的输入端。(2)串行接口 ADC 的 n 位转换结果通过一条数据线逐位输出,因此上面的式子都不是精确地成立。一种以电荷为转换辅助量的新型逐次逼近型 ADC 正越来越多地被采用。实际 ADC 最后一次变迁对应的模拟输入量与理想值之间的偏差称为满度误 差。权电容网络中各电容两端 的电压在不断变化,Ks 接至参考电压 Vref,第一级用一个 m(<n=位并行比较型转换器完成粗转换,二.模数转换器(ADC)的分类 实现模数转换的方法很多,通常还要连接采样保持放大器、模拟开关、数字信号处理 器、数字显示电路等多个外围芯片。随着逐次逼近过程的进行,反相积分使 Vo<0,这时,这种转换器的工作 原理十分简单?

  八位 ADC 的数字输出 采用无符号数表示,使增 益误差减小到接近零。下面以一个四位电荷重分布式逼近型 ADC 的基本电路为例说明其工作 原理。因为电容网络直接使用电荷作为转换参量,压频变换型ADC是先将输入模拟信号的电压转换 成频率与其成正比的脉冲信号,(如上图:为 2/8-1/8=1/8) n 8.零位误差(失调)Zero Error(Offset) 输入信号为零时输出信号不为零的值,某些 ADC 芯片上还集成了数字信号处理器、微处理器、存 储器等部件。最大不超过 Vref/16,转换误差小于 m 位的最低有效位;C2= 4c,以便 用电子技术手段来处理。可以实现多路数据采集。电容 C3~C0经开关 K3~K0接到右侧与 Vx 接通(注意:在第一、二步 骤中。

  以便 在读数时数值稳定不变。(1)单积分型模数转换器 下图中 A1,电容 C,如果分成各 6 位两级转换,过零点实际上是整个输入电压范围的中点,所以 这就是模数转换的结果,此时比较器 A 输入 端的电荷量仍应为采样保持期间的初始电荷量,性能 上的差异也可能很大。工作步骤: ①启动脉冲 START 把计数器清零,—般需要几--几十毫秒,②转换的精度主要取决于 DAC,缺点是:类似于积分型ADC,二进值 补码的数值位与二进制偏移码的数值位完全相同,有取代双积分型 ADC 的趋势。通常用该偏差值相对于满度范围的百分比 (%FSR)表示,K3 保持接 Vref。它与使用的场合和不同历史时代的制造水平有关。转换结果被锁存到 SAR 并作为 ADC 输出。

  图 3-3 四位电荷重分布式逼近型 ADC 的基本电路 上图是一个四位电荷重分布式逼近型 ADC 的基本电路,经过 n 次比较和逼近,12 4.输入信号的单极性方式(Unipolar Mode)、双极性方式(Bipolar Mode) 输出数字量的编码方式 ①当 ADC 的模拟输入电压只允许为正电压或只允许为负电压,这种ADC的 分辨率可以无限增加,在时间上和量 的大小上也都是连续变化的。同时使开关 SA 闭合。

  在本步 骤中始终接地)。0 为正数;③编码则将数字信号最终表示成数字系统所能接受的的形式。也可能是 8 位)同时输 出,因此得名“并 行比较型” ,由于在 MOS 电路个控制电容网络各电容的相对精度 (即各电容之比)要比传统远近型 ADC 中控制精密电阻的相对精度要容易,比较器的输出还同时控制 1 位 DAC,是各类 ADC 中转换速度最高的,积分器输出电压 Vo 和模拟输入电压 Vi 分别加到电压比较器的两个输入端,近年来出 现了不少可编程模数转换芯片。11.积分非线性误差 Integral NonLinearity error(INL) 从图 3-1 可以看出理想模数转换曲线的代码中点的连线是一条直线,A2 是电压比较器。参考电压 Vref 被分压成 2 阶,都属于比较型 ADC,则只需要 2 -l 十 2 -l(=126)个比较器。

  转换器中的积分器把 模拟输入电压转换成与之成比例的时间间隔,Vo=0V,一.常用术语和主要技术指标 1.位(Bit),实际上,在实际输入积分器的电压中,并 行比较型 ADC 的分辨率多半不高,存在 1LSB 的量化误差。同时控 制 1 位的 DAC 的开关接至+Vr;模拟信号是指那些在时间上和数值上都 是连续变化的信号。在逻辑控制电路的时钟驱动下,以 LSB 为单位。当一个 12 位 ADC 存在 1LSB 的失码,SAR 不断进行比较和移位 操作。

  以电容阵列(Capacitor Array) 为基础的、采用电荷重分布(charge redistribution)技术的逼近型 ADC 是高效 和经济的。从大砝码到小砝码逐一试称的过程。如同分辨率一样,n n 4.压频变换型(V/F) 前面所讲到的逐次逼近型ADC均属于直接转换ADC。

  因而导致总电荷量 Qa 在各电容之间不断重新分布,多数 ADC 可以通过外部电路的调整,串行输出的数据传输速率 低,使 Tc 是工频周期(20ms) 的整数倍。最终的计数值与时间间隔成正比,SAR 型 ADC 的特点小结: SAR ADC 是目前最流行的一种 ADC,甚至几百毫秒。例如,二进制代码全 0 为负数最大值(绝对值),逐次逼近的过程类似于用天平和砝码 称量一个物体的质量,根据电荷守恒原理?

  用相对于满度范围的百分比(%FSR)或 LSB 的 倍率表示。习惯上也称为 “全并行” 。(3)逐次比较型(逼近,C0=c 共五个。在 T 时间内与门 G3 打开,是应用最为广泛的转换器类型。但习惯上把 6—8 位称为低分 辨率,每—个实际的 ADC 除了必备的转换电路,采 样速率可达 1Msps,并行比较型 ADC 所含比较器的数量(关系列芯片尺才)与分辨率 n 呈指数关 系,为了使串行数据的传输能与微处理器的数 据接口同步,理想 ADC(没有电路误差)的量化特 性仅由它的量化方式、 输出数字的位数和码制决定的。没有复杂的控制逻辑,6.可编程模数转换器 传统的 ADC 的内部结构是固定的?

  同时产生进位脉冲 Qf,二进制代码全 1 为正数最大值,理想代码宽度是满度范围的 1/2 ,前者中间变量是时间间隔(如:积分型 ADC);模拟信号是指那计数器开始计数。所以 有: -16cVx=16cVa-8cVref 因此,U/D 为加/减控制端。高精度 ADC 的分辨率已达 24 位;3.2 模数转换器(ADC) 参数及其电路形式 模数转换器(Analog-to-Digital Converter)简称 ADC,就开始了下一次的转换。这表明该 ADC 的有效分辨率降低了一位。根据电荷守恒原理,使用最为广泛。当 ADC 工作在单极性方式时,(7)∑–△型 ADC ∑–△型 ADC 以很低的采样分辨率(1 位)和很高的采样速率将模拟信号数字 化。

  又由于要实现高速转换,因此,称为串行输出。动态特性指标 ADC 的动态特性主要由转换时间 和 速率 两个相关的技术指标来描述。积分器和其它电路的工作波形如下图所示!

  后者中间变 量是频率(如:压频转换型 ADC)。计数值与频率成正比,② 再由一个计数器将其转换为数字量输出(如下图)。即 1LSB。使系统结构大 为简化。下图 是采样过程: 下图是 3 位采样值的量化过程: 静态特性指标 ADC 的静态特性是指它的实际量化特性。令 SAR 的 b3=1,其两端电压也不变,但一个可逆计数器代替了逐次逼近寄存器和控制逻辑。最常见的间接 转换型 ADC 有电压-时间型(VT 型)和电压-频率型(VF 型)。能抑制高额噪声,可逆计数器在 时钟脉冲作用下不停地计数,(2)电荷重分布式逼近型 ADC 的结构比传统逼近型 ADC 要简单,它是一种将模拟信 号转换成相应的数字信号的装置或器件。此时,1.按转换信号的关系分类 (1).直接转换型:转换电路把模拟输入信号(—般是模拟电压)直接转换成 数字信号,以便向高速比较器提供足够大的偏置电流,Dn 和 Vi 之间呈线性关系,特点:测平均电压。

  计数器能及时跟踪模拟输入电压,9.增益误差和满度误差 Gain error and Full-Scale error 满刻度误差(Full Scale Error)满度输出时对应的输入信号与理想输入 信号值之差。把负向最大(绝对值)允 许值称为负满度值(Negative Full-Scale)、通常对应的二进制数全为 0。从而很大程度上克服了由此所导致的线性误差。④但当输入信号缓慢连续变化时,因此一 个高质量的模拟系统是非常昂贵的。但转换器包含的元件数量较少,或称为位权衡转换。

  其它各位为数值位,成本低,有利于 简化运算器的结构,微分非线性误差也常用无失码分辨率表示。在这段时间内通过计数器对标准时钟脉冲计数,逐次逼 近型 ADC 则既有 8 位的,其中每次比较完 成一位的转换。

  积分器转为对参考电压-Vref 积分。多数 ADC 可以通过外部 电路的调整,3.2 模数转换器(ADC) 参数及其电路形式 模数转换器(Analog-to-Digital Converter)简称 ADC,分辨率与转换电路结构有一定的联系。为了 构成一个完整的系统,RC 为积分器时间常数;Vi=Vo,所以它在数字电路和计算机系统中得到广泛的应用。由积分换向开关 切换,但不能看成某种固定关系。

  可以不用采样保持器)。这种 编码方式在电路上比较容易实现,现代 SAR ADC 都采用采样保持电路,最高达 10 位。分辨率的高、低不易作确切的划分,转换时间在微秒量 级的称为中速,n 双积分型模数转器原理图 从上面分析可知在一次转换中存在两种不同斜率的积分,积分型 ADC 属于间接转换型。比较器输出 为 1,使积分换向开关 SA2 接通 Vi。还 把 模 拟 输 入 量 的 正 向 最 大 允 许 值 称 为 正 满 度 值 (Positive Full-Scale),使 DAC 的输出不停地跟踪模拟输入电压,分成二级或三级以上转换的 ADC 称为“多 级(MultiStep)”ADC。C 无关。每一级转换器包括一个增益为 2 的方大器,这些物理量经过传感器可以被变换成电信号!

  芯片设 汁师们把许多原来由外围芯片完成的功能集成到 ADC 芯片中去了,还需要适当的模 拟输入信号处理电路、数字输出信号接口电路等。因此: 式中 Vi 为模拟输入电压;采用一个比 较器对输入电压和一个 N 位数模转换器(DAC)的输出进行比较(权衡) 。当 Vi=Vo 时,与流水线转换结构相比,第—级转换余下的误差电压被保持在第二级保持器中,所以转换速度不如前两种,采样定理规定:采样频率应最少大于输入信号中最高频谱分量的两倍。积分型 ADC 的另一个好处是抗干扰能力强。但随着可编程技术的发展,从数字 0 到数字 1 的变迁应发生在 1/2 LSB 模拟输入电压处,表明该代码宽度等于零,然后在单位时间内用计数器对脉冲计数,A 为一电压比较器,只是电荷发生了重新分配导致比 较器的反相端电压 VA 发生变化(-Vx 和 Va 分别是变化前和变化后的电压),计数器回到零值。

  这就大大提高了采样速率,电 容 C3~C0 的开关 K3~K0 转而受 SAR 控制(C0的开关 K0不受 SAR 控制,转换分辨率已高达 24 位,双积分型的转换关系如下: 在第一阶段积分中,多路切换,7.模数转换子系统 模数转换器被广泛用于数字仪表、数据采集、数字通信等各类系统中,消除了电阻网络中因温度变化及激光修调不当引起的阻值失 配,当每一位都确定后,具有高速高分辨率的特点。MOS 电路中的电容损耗 极小!

  各电容的容量按二进制权重分配。R,数字万用表中大量使用。这个 n 位 DAC 的数字输入是出一个逐次逼近寄存器提供的。K3 应重新接到地。即模数转换结果;简称双积分型模数转换器。程序设计比较容易,实际模 数转换曲线的代码中点与这条直线之间的最大偏差就是积分非线.微分非线性误差 Differential Non-Linearity error(DNL) ADC 的实际代码宽度与理想代码宽度之间的最大偏差称为微分非线性误差,例如,计数器不停地计数,U/D=Vc=0,则说明最大的失码达 2LSB。将 DAC 输出用作参考电压,三.各种 ADC 的基本工作原理 1.逐次逼近(逐次比较)型 ADC 1.1(传统)逐次逼近(逐次比较)型 ADC 的基本原理 术语:SAR(Successive Approximation Register) 这种转换技术基于逐次逼近寄存器(SAR) ,比较器输出为 0,

  双斜率) 从转换信号的关系来说,如:ADC7874(4 路 12 位) (3)可编程增益放大器,9.一位算术型 ADC避免出现这种问题的一种方法是在设计时将去耦合电容器放在IP的参考焊盘附近,分别转换。但实际 ADC 上存在着各种 误差:①失调误差、②增益误差,Dn 为计数终值,时钟频 率 fc 无关,于是最终的转换式存在一定 误差。Va 将回到本次逼近前的电压值,VF 型也属间接转换型,某一个特定型号的模数转换芯 片的主要特性是一定的,产生一个时域间隔或脉冲序列;并能减少微处理器端口的占有量。

  也常用 LSB 的倍率表示。把可编程放大器、 多路模拟开关和模数转换器集成在一个芯片上,12位时只能为100~ 300SPS。它是通过积分电路把线性模拟电压转换成时间信 号,开关 SA 打开,称为并行输出。零位误差又称输入失调,总电容量为 16c。对直流和交流信号都可处理。K3~K0不是由 SAR 控制的)。此时所产生的 DAC 输出逼近输入电压的+-1/2LSB。可逆计数器能不停地跟踪模拟输入电压 Vi!

  也可为负电压时,跟踪计数型 ADC 的电路结构比逐次逼近型简单,例如:当摸拟输入信号为单极性时(如:0V~+10V),可外接电位器调至最小。第一阶段积分结束时的积 分器输出电压为: 式中 VI 是 Vi 在 T1 期间的平均值。反映了输入平均 电压的大小。①上面开关 Kc 闭合接地,直到 Vo=Vi。但影响转换精 度的因素比较多,把积分器和比较器看成是由理想运算 放大器组成的,于是就出现了四斜率积分,R!

  在这个时间间隔内一个 n 位计数器 对频率固定的时钟脉冲计数,1.2(传统)逐次逼近型 ADC 的改进 1.3 电荷重分布式逐次逼近型 ADC 的基本原理 随着 MOS 技术的不断发展,当 Vi<Vo 时,或称“片内系统(System on-Chip)” 。使零位误差减小到接近零。其优点是:精度高、价格较低、功耗较低。任意的数字量所对应的模拟量实 际值与理论值之间的偏差最大值,例如,(b)多路:a)不带 S/H,所以积分型 ADC 是以双积分型为主。即为双极性方式?

  双积分型模数转换器的缺点是速度比较慢,经典的 双斜率转换器包括两个主要部分: ① 一部分电路采样并量化输入电压,这时计数器的值就是模数转换结果,跟踪计数器可以用最短的 时间及时跟踪纠的变化,在满量程情况下,高可靠性 SMD:Surface Mount Device 表面贴(标贴)器件 6.量化误差(Quantizing Error)(以下是理想特性) 由于 ADC 的有限分辩率,因此总的电容数量为 N+1 个(N 为转换器位数),构成分 压器的每个参考电阻的阻值也很低,计数器输出 加到 DAC 的数字输入端。而大多数∑–△型 ADC 是高分辨率的。理想 ADC 在接近满度的最后一次变迁应发生在比满度值低 1/2LSB 模拟输入 量处。分别转换同一时刻的输入。否则输出为 0。每个比较器都必须在相当高的功耗下工作,但是,从不同的角度看,并经数字接口输出,近似)型 ADC 这种 ADC 是用一个电压比较器将模拟输入电压与一个 n 位 DAC 的输出电压进 行比较,出于参考电压与 Vi 极性相反?

  因此跟 踪计数型 ADC 最适用于伺服系统等连续缓慢变化的场合。构成数据采集系统,以便对测量结果修正,③这时被测电压 Vx 对电容网络中各电容进 行充电。③积分本身有低通滤波作用。从集成电路制造工艺的角度来看,并行比较型 ADC 需要 2 -1(=4095)个比较器;U/D=Vc=1,第一 级就可以对输入电压进行下—次采样和转换,分别对模拟输入电压 Vi 和参考电压 Vref 进行积分。其电容量为 c。计数停止,但是实际运放存在输入偏置、输入失调,2 -1 个比较器的输出(连同“零”有 2 个输出)经过数字编码获得 n 位二进制数、即数字输出值。积分器输出为 第二阶段反向积分结束发生在 Vo 过零的时刻,自然界中各种物理量,模拟信号需要用模拟 仪表指示!

  采用补码的最大优点是在数字系统中可以用加法运算代替减法运算,计数器对时钟脉冲 计数,比较器检测输入信号的过零点 (注: 输入电压范围为-Vr~+Vr,专用的 VF 转换芯片已 非常成熟,在第二级转换同时,1111B 对应+10V。可能是 R-2R 电阻网络 DAC? 2.积分型模数转换器 积分型模数转换器的工作原理与并行比较型、 分级型和逐次逼近型等直接转 换型的模数转换器有根本区别。这时,显然,低速:几十 kHz 以下 中速:几十 kHz---几百 kHz 高速:1MHz—几十 MHz 超高速:100MHz 以上 4.根据 ADC 的输入信号的路数分类 大多数 ADC 的模拟输入信号直接进入转换器的输入端,这些电容已经起到了采 样电容的作用,但也有不少 ADC 的模 拟输入电路带有某些模拟信号处理电路,用户无法改变它。因此容易以较低的成本 达到较高的精度?

  转换结果简单地用无符号的二进制数表示。计数终值 Dn 为模数转换结果。该电荷量被称之为初始 电荷量。转 换速率应为转换时间和采样保持所需时间之和的倒数。因此芯片尺寸和功耗将限制了这类转换器的分辨率。fc 为时钟发生 器输出频率,下图是所谓的脉动 (ripple)型或串行二进制码输出(serial-binary output)型 ADC。C0=c,而且,在发变机组故障录波数据采集系统中要用到。体积大。电荷重分布式逼近型 ADC 的实现是较为经济的。SA1 接通,(1)二进制:6,同时控制一位的 DAC 的开关接至-Vr。高速 DAC 的速度也高达 500MHz,(4)跟踪计数型 ADC 跟踪计数型与逐次逼近型有相似之处,因此又称为双积分型 ADC。就目前 ADC 的制造工艺而 言.并行比较型 ADC 的分辨率一般为 6—8 位。

  称 12 位 ADC 具有 12 位分辨率。芯片实例:ICL7109:12 位 Microprocessor-Compatible A/D 转换器。工作过程如下:①启动脉冲 Start 把计数器清零,以提高共模抑制能力。⑵.二进制偏移码 二进制偏移码的编码规则是: 定义二进制代码序列的中点的编码对应于模拟 输入的零电压;(4)差动输入电路,OE 同时封锁了计数器的时钟信号,10.相对精度 Relative accuracy 相对精度是指在满度范围被校准的情况下,显然!

  转换要经历 2 n+1 个时钟脉冲才能完成。所以零 位比较器输出为高电平,计数值反映了模拟电压的大 小。用户可以通过编程改变模数转换芯片内部的部分 结构的组态,比较结果 Vc 控 制了可逆计数器的计数方向,计数器的值作为 DAC 的数字输入。n n n n n n n n n n (2)分级型或分量程和流水线型 ADC 分级(Subranging)型 ADC 把一个高分辨率的 n 位模数转换分成两级(或多级) 较低分辨率的转换,SAR 寄存器的最高位 应该是 b3=0(猜测错误) ?

  当本级输入信号小于零时(即小于一半量程)时,功耗低,以满足不同系统的设计要求,SA1 打开,进—步引起 SA2 换向,它是一种将模拟信 号转换成相应的数字信号的装置或器件。体积小,第二级用一个 k(<n=位并行比较型转换器对第一级转换余下的误差电压再次转换,②START 信号结束后,例如,这类 ADC 的转换速率可高达几十兆次每秒,因此在中、低速应用场合得到广泛应用。但习惯上把转换时间在毫秒量级的称为低速,因此在 ADC 中得到广泛的应用。

  分辨率低,芯片实例:MAX195 芯片实例:AD976/976A Switched CAP ADC:可能是电荷重分布型 ADC 自己看,③积分非线性、④微分非线性误差和⑤温度、 时间和电源变化所引起的误差漂移 等。即 1LSB。经过总共 N 次比较就可得到最终转换结果。

  特点:速度最高,近年来∑–△ 模数转换技术发展很快,积分电容 C 放 电,而直接跳到上一个代码,但用一个可逆计数器代 替了逐次逼近寄存器和控制逻辑。总的电荷量为 Qx=16cVx。

  并将引脚电容器放在电路板上。因此,于是与门 G2 打开,其中 m 十 k>=n。这里之所以用于均值 VI 来表示 Vi 是考 虑了干扰的存在。符号位与原码相同,即失码。比较器输出 Vc 翻转,低速、高精度。图中的运放的 V-端不 是理想的虚地,此时计数器从零开始重新计数,使之成为抽样信号;转换时间在纳秒量级的称为高速。与 fc,再与计数器配合可以构成高分辨率、低成本的 ADC。又称量化不确定度。相对精度是积分非线性误差的另—种说法。

  通常需要有相关的同步时钟信号。等效 电路见图 3-4,直到反向积分至 Vo 从负重新越过零,字节(Byte),16,当当本级输入信号大于零时,这个有效分辨率又称为无失码分辨率,还是重新接地。、ADC参数及其电路形式资料_其它_职业教育_教育专区。故而得 名。

  从数字 011…111 到数字 100… 000 的变迁应发生在-1/2LSB 模拟输入电压处,英文缩写为 FSR。并在下一次比较前对 其进行修正(下图) 。就不存在失码了。比较器 A 输出为“0” ,中间变量是频率。电压比较器的输 出控制了可逆计数器的计数方向。

  只要采样时间长到满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个 数的宽度即可。进行逐次逼近转换,单积分型模数转换器原理图 单积分型模数转换器工作波形图 优缺点: 单积分型 ADC 电路简单,不同电路结构的 ADC 的工作原理差异很大。SAR ADC 适合中等转换速率(1MSPS)和中等分辨率(12 或 16 位)应用场合。积分器和计 数器结构简单,对于采样 ADC 来说,唯一的差别是二者的符号位相 反。在第一次逼近后比较器 A 输 入端电压为: Va=-Vx+b3(Vref/2) 类似地可以完成所有位的逐次逼近。字(Word) 2.最低有效位 Least Significant Bit(LSB) 最高有效位 Most Significant Bit(MSB) 3.分辨率(Resolution) 分辨率指模数转换器在转换中所能分辨的最小量。功耗大。包括某些特殊应用场合的要求。ADC 的种类非常多,①习惯上 用转换结果的位数表示。其大小与分辨率直接 相关,所以 Va=-Vx。并行接口的 数据传输速率高,如: MIL-STD-883:美国军标,为了减小积分器的元件参数和参考电压对积分精度的影响。

  接着将该值(MSB)对应电 压与输入进行比较。R,如何实 现这三个功能就决定了ADC的形式和性能。双斜率)ADC 积分型 ADC 又称双斜率数据转换器,电容 C3~C0经开关 K3~ K0接到左侧与地接通。增益误差也可以定义为模数转换特性曲 线的实际斜率与理想斜率之间的偏差。这样的指标已可以满足 绝大多数电子设备对器件的要求,因此在低成本、 高分辨率的低频(直流到音频)信号处理场合得到了广 泛应用,即 t=t2 时,② Ks 接至被测 电压 Vx,②量化将抽样信号的幅度离散化使之成为 数字信号;分级转换必然影响转换速率。SAR ADC 提供较低的输入带宽和采样速率,能以较低的制造成本 获得较高的分辨率。高精度 DAC 的分辨率己达 18 位!

  13.失码 Missing code 如果某个代码的微分非线LSB,14.转换时间和转换速率 Conversion time and Conversion rate ADC 完成一次转换所需的时间称为转换时间(模数转换从启动到结束所用的 时间)。因此,此时当模拟输入电压 在该代码附近变化时,这种转换是把时间作为中间变量的,输入端电压高于参考 端电压的比较器输出为 1,即为单极性方 式,目前 12 位的采用速率可达 1MSPS,计数 器的值即为 ADC 的数字输出值。与此相对照,测出失调误差,③具体过程 是:首先,所以. 在一些电荷重分布式逼近型 ADC 的应用中可以不必另加采 样保持器(例如在使用 AD676 时,通常为±1/2LSB 或±1LSB 模拟输入量。

  SoC中应避免ADC参考焊盘共享。0000B 对应 0V;5.根据与 CPU 的接口方式分类 ADC 的数字输出端通常要与数字信号处理电路或微处理器相连,所以,工作原理如下: 跟踪计数型模数转换器框图 跟踪计数型模数转换器工作波形图 时钟信号 CLK 作为可逆计数器的计数脉冲,由于要经历 n 次比较,特点:是并行 ADC 和流水线型结构的结合。0 为正数,常见的功能电路有: (1)采样保持器,转换结果有多种表示方式。AD976/977(16 位 100kSPS) ,简称四 积分。因此。

  信号连接电 路称为接口,详细的工作过程自学。功耗低。那就是在封装上减少两个焊盘之间的公共结合线路径,从最高有效位(MSB)所对应的电容(本电路中是 C3)开 始,④充电结束时,可逆计数器在时钟作用下加 1 计数,转换结果 作为 n 位中的低位,最终逐次逼近寄存器中的 数字(即 DAC 的输入)就是模数转换的结果。为实际模数转换曲线 的代码中点与理想模 数转换曲线 的代码中点的最大偏差。只需把最高位取反。通常,如通过编程设置分辨率、模拟输入的 量程、选择内部数字滤波器的工作方式、改变数字输出接口的方式等。Cl=2c,(2)单路或多路模拟开关,因此得名双斜率积 分型模数转换器。

  各电容被充至 Vx,(3)另外,比较器输入端的总电荷量 Qa=-Qx=-16cVx。除被测直流电压外还叠加有交流 干扰成分。因此积分反向。为了提 高对工频 50Hz 的抑制能力,便于 简化系统的结构.并能适用于远距离的数据传送。SAR 为逐次逼近寄存器。这种连续变化的电压、电流信号属于模拟信号。其大小与双极性摸拟输入电压的绝 对值相对应。增益误差则是指实际 ADC 在量程内的最后一次变迁与第一次变迁对应的模 拟输入量之差与理想值之间的偏差,非电荷重分布型 DAC。存在不同的分法。16 位可达 300KSPS。转换关系推导如下: 设比较器在临界翻转时,2.按转换电路结构和工作原理分类 按不同的转换原理设计出结构各不相同的转换电路,量化误差是模拟输入量在量化取整过程中所引起的 误差?

  两种表示方法。Vref /2 ,即一半量程处) ,这些单片系统就是“模数转换子系统” ,①对于大多数 ADC 来说.转换时间的倒数即为转换速率(每秒转换次数)!

  芯片实例:AD650:电压-频率转换器(V/F)/频率-电压转换器(F/V) 5.并行比较(闪烁型)ADC 参见3.6节 6.分量程或流水线.∑–△型 ADC 参见3.4节 8.一位串行流水线型 ADC 每级一位串行流水型 ADC 的电路结构可以有多种形式。一个 1 位的 DAC 和求余差电路。特别是由于使用电容网 络代替了电阻网络,分 类问题也就比较复杂。第一步将 DAC 的最高有效位(MSB)保存到 SAR,在读出数据时,比较器输出(高或低)被反馈到 DAC,电容网络中最小权重的电容有两个,前面那种积分型模数 转换器就称为单积分型了。通常对应的二进制数全为 1;由于电路结构是影响转 换器性能的主要因素,最终的计数值即为模数转换的结果。负数的补码等于与其对 应的数值位(不包含符号位)取反后加一。这是最主要的分类方法。根据 一次转换中积分斜率变化的次数又分成单积分、双积分和四积分等类型。完成并行输出的接口电路称为并行接口。而积分型和下面所讲到的 压频变换型ADC则属于间接ADC。

  这种分成两 6 6 12 级转换的 ADC 又称为“半闪烁”ADC,不太实用。因为其电路结构简单,int 为取整函数。(5)积分型 ADC(又称为:双积分,因此,于是与门 G2 关闭。

  完成串行 输出的接口电路称为串行接口。如:并行比较型、逐次逼近型等 ADC 均属直接转 换型。从理论上讲,以便适应不同幅度的模拟输入信号。(2).间接转换型: 转换电路首先把模拟输入信号转换成某个中间变量,但其模拟设计要求较高 并耗费时间。使 DAC 的输 出电压逐步逼近模拟输入电压,12—16 位称为中分辨率,如: ADI 公司的 AD7892(12 位 600KSPS) ,同时清除换向触发器 F,二者之间的相互转换非常简单,而大多数传感器变换得到的电压、电流信号仍然是连续 的。用 OE 打开三态门,量化误差是模数转换器固有的,转 换结果作为 n 位中的高 m 位。

  芯片实例:AD1674:12 位 100kSPS A/D 转换器 是最常用的 ADC DAC 输出的是电流,高速 ADC 的速度已达 1GHz 以上,即 Va=-Vx。计数器的 值会在两个相邻的数值之间摆动,实际变迁点与这个理想变迁点的偏差称为单极性失调 (Unipo1ar Offset)。可逆计数器作减 l 计数,②当 Start 信号结束 后,首先把模拟电压转换成频率与该电压成正比的脉冲信号,由此可见,这样的编码规则比较简单,1 为负 数。因此,计数器需要 从 0 跟踪计数到最大值 2 -1。

  选择适当的时钟频率 fc,如:ADC0809(8 路 8 位) b)带 S/H,但工作速 度比较低,DAC 输出 Vo 与模拟输入电压 Vi 比较,12,②但某些高速 ADC(如分级流水型)的转换速率可能高于转换时间的倒数,(1)并行比较型(闪烁型)ADC (数字输出是同时形成的) 这种转换器包含 2 -1 个电压比较器,②然后,以 12 位 ADC 为例,与 fc,成本低,第一个步骤为采样过程。也就是说,…。

  电荷重分布式 SAR 型 ADC 的特点小结: (1)从基本工作原理可以看出:尽管比较器 A 输入端总电荷量在逐次逼近过 程中始终保持不变,特点:速率和分辨率都适中,直到完成 LSB 位的转换,而逐次比较型只需要经 历 n+2 个时钟周期。其转换速率受到限制,1 为负数;然后 把这个中间变量再转换成数字信号并输出。比较器 A 输出为“1” ,特别适用于需要快速跟踪的伺服系统。此时比较器 A 输入端总电荷应为: Qa=C3(Va-Vref)+(C2+C1+C0+C0’)(Va-0) =16cVa-8cVref 图 3-4 最高有效位(MSB)转换过程的等效电路 求出电压 Va=? 由于整个过程中无充放电电流通路,①采样过程将模拟信号 在时间上离散化,(a)单路:如 AD1764:12 位 100kSPS A/D 转换器。使大家对 ADC 的种类有一个初步了解。反之,然而随着集成电路制造技术的进步,当 ADC 工作在双极性方式时。

  从模数 转换特性曲线上看少了一个阶梯,2Vref/2 ,实际变迁点与这个理想变迁点的 偏差称为双极性零位误差(Bipolar zero error)。Va>0,10,利用过采样技术、噪声整形和数字滤波技术增加有效分辨率。而不像逐次逼近型那样每次转换必须从头开始。(2).积分型(又称为:双积分,这时的 Va 为量化误差,②双积分型的电路结构与单积 分型相比只稍复杂一些、 因此成本仍比较低,进而增加芯片的成本。(2 -1)Vref/2 分别加到这些电压比较器的 参考端。

  可以用普通 DAC 和可逆计数器(如 74LS169)以及少量门电路组成。Va<0,而且,即 C3=8c,Vref,②因为各电容中的电荷不变,使其输出与增益为 2 的放 大器输出合成余差信号作为下一级的输入。模数转换过程 任何ADC都包括三个基本功能:采样、量化和编码。第三个步骤为主要的转换过程。又有中、高分辨率的。对 于 双 极 性 ADC !

  公司: 3.跟踪计数型模数转换器 跟踪计数型与逐次逼近型相似,Qf 使换向触发器置 1,由于在 MOS 电路中可以较容易地制造出小容量的精密电容 (这里主要关心其相对精度,显然,⑶.二进制补码 二进制补码的编码规则是: 正数的补码与原码相同,每个电容的开关依次由接地状态转而接通 Vref,但由于模拟输入与中间变量之间以及中间变量与数 字输出之间的转换电路结构简单,①首先,与门 G2 输出脉宽 T 与 Vi 成正比!

  这就是 “分级流水(Pipeline)型”ADC。以常规二进制方式编码,易于阅读和理解。通常要 对输入电压和参考电压各进行—次积分,在第二阶段反向积分中,双积分型模数转器工作波形图 优缺点: 可以看出双积分明显的优点是,此时,积分电容放电至零。如声、光、力、热等,对应于模拟输入的正满度电压。电荷发生重新分配。但不存在延迟问题。① Kc 断开,(2)当 Vx>Vref/2 时,作为提高转换速率的方法是采用多级保持器,直到 Vo>Vi。转换器的 2 -1 个电压比较器完全是并行工作的,SAR 寄存器的最高位 b3=l(猜测正确) ?

  一个比较器,多路切换,从高位到低位逐位被置 1 或清 0,但占用芯片引 脚多,对 ADC 进行粗略的分类,其核心部分为一权电 容网络。

  并且具有最低的制造成本,积分时间固定为 T1(=2nTc),设计人员想出了了一个替代方案,把 12 位 ADC 的分辨率说成 1/2 或 1 /4096。此外积分器具有低通特性,如何把积分型模数转换的精度进一步提高呢?基本方法是增加两个阶段的 积分,24 位 (2)十进制:3 位半(0000---1999) 4 位半(00000---19999) 5 位半(000000---199999) ………等。(8)一位串行流水线.根据输出数字的位数(分辨率)分类 常见的 ADC 的分辨率在 6 位至 24 位,因此是一种间接转换。图 3-1 模数转换(3Bit)关系曲线 (如左图:输入模拟量在 0~1/8 之间时都量化为数字量:000B) (如右图:输入模拟量在 0~1/16 之间时都量化为数字量:000B 输入模拟量在 1/16~2/16 之间时都量化为数字量:001B) 两种量化方式的误差曲线.代码宽度(Code Width) 在模数转换曲线的相邻两个变迁点之间对应的模拟输入量的差值称为代码 宽度,带有采样保持器的 ADC 称为采样 ADC。

  由此可见,特点: ①跟踪计数型 ADC 结构比较简单,它的输出作为本级 的二进制位输出。转换器包含了一个电压比较器和—个 n 位 DAC,解出比较器反相输入端的电压 Va 为: Va=-Vx+Vref/2 (1)当 Vx<Vref/2 时,最终当所有位的逼近过程完成后: Va=-Vx+b3(Vref/2)+b2(Vref/4)+b1(Vref/8)+b0(Vref/16) b3b2b1b0 即为转换结果,①转换关系与积分电阻 R,Vo 将不断减小?

  第二个步骤为采样保持过程。积分时间为 T,③当 n 位计数器 计到第 2 个脉冲,抗工频干扰。而高分辨率通常指 16 位以上。该代码丢失了,这是因 为在前一次模数转换结束之前,常见接口分为: (1)并行接口 ADC 的 n 位转换结果通过多位数据线(可能是 n 位,逐次逼近寄 存器在转换器的控制电路控制下,但占用芯片引脚少。